CN101943697B - 一种血液检测方法、系统和微芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种血液检测的方法、系统和微芯片，以实现现场、实时的血液检测，同时也提高对血液检测的准确性与效率。该方法包括：将待测血液注入到具有一定结构的检测单元的微芯片中；旋转微芯片，并在微芯片旋转而产生的离心力作为流体驱动力的作用下，控制微芯片上不同功能扇区的待测血液中的血细胞与血浆分离；再通过电信号或光信号的方式对得到的纯净血浆进行检测。采用本发明技术方案，由于将血液中的血细胞与血浆分离开，从而使得在对血液进行分析时不存在血细胞的干扰，不管采用光信号还是电信号对血液进行检测的准确性都比较高，从而提高了血液检测的准确性。

Description

一种血液检测方法、系统和微芯片

技术领域

本发明涉及生化微流检测与微机电技术领域，尤其涉及一种血液检测方法、一种血液检测的系统和一种微芯片。

背景技术

目前，血液检测都是采用体积庞大、价格昂贵的半自动或全自动的血液分析仪（包括血细胞分析仪、血液生化分析仪）来完成，单次血液检测需要采集大量的血液样本（大约需要10～25毫升），并且，传统的一个血常规检验需要较长的时间，如数小时，完成一次血液的生化分析则需要更长时间，如半天或数天。对大型血细胞分析仪、血液生化分析仪进行准确的操作，需要操作人员具有很高的专业技能，但是，目前很多操作人员都难以掌握对血细胞分析仪、血液生化分析仪的操作，经常会因为人为因素而导致血液分析的误差较大、准确性较低。

采用现有的大型血细胞分析仪或血液生化仪虽然能够在一定的程度上进行血液检测，但是，随着人民生活水平的提高和医疗保健制度的完善，人们对血液检测有了新的要求：更快、更准确、一次血液检测所需的血液样本量、成本更低。

为适应人们的需求，提出了一种生化微芯片，大量基于微流体和微纳米技术的芯片实验室器件应运而生，从而革新了血液检测方法和设备。在微芯片器件上可以实现几乎所有化学和生物实验室功能的自动化、小型化和并行化。如，采用微芯片器件可把生物和化学等领域所涉及的样品制备、分离、混合以及生物与化学反应、检测、细胞培养、分选、裂解等基本操作集成到同一块芯片上，由微通道形成网络，辅以微泵和微阀门等微流体单元，可以控制流体贯穿整个微通道系统，从而实现实验功能。

芯片实验室被科学界和产业界认为是21世纪最重要前沿技术之一，其正在医学、化学、生物和工程等各领域引导一场新的革命。预计在未来5～10年内，芯片实验室技术将发展成为一个新兴的举足轻重的产业，并极大的提高人类生活的水平。

目前，基于芯片实验室概念的血液检测技术主要为基于全血样品进行电化学定量分析的检测，其代表性产品是Abbott的i-STAT（http://www.abbottpointofcare.com/istat/）；i-STAT（美国专利号5,200,051）并没有将血液中的血浆与血细胞进行分离，而是直接运用电化学法对没有分离的全血进行测量，虽然能够实现快速、便捷地对血液进行定量检测，但是由于全血中包含有大量的血细胞，因此在对全血进行检测时受血细胞的干扰较大，从而导致对血液的检测存在10%～15%的检测误差，准确性较低。

发明内容

本发明提供一种血液检测方法、系统和微芯片，以提高对血液检测的有效性与准确性。

一种血液检测系统，包括：

微芯片，放置在旋转电机的旋转平台上，用于在旋转电机的驱动力作用下，随着旋转电机旋转，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片分离待测血液中的血细胞与血浆；以及，控制分离出的血浆与生化酶进行生化反应，生化反应的生成物在电解催化剂的作用下进行电解反应，产生电流；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元，包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；电极单元，设置在血浆池中，并与所述导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，用于通过所述导出电路输出电解反应产生的电流；

电极探针，通过导出电路与所述微芯片相连接，用于根据电解反应产生的电流产生电信号并输出；

信号处理显示设备，与所述电极探针相连接，用于根据电极探针输出的电信号，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

一种采用上述系统进行血液检测的方法，包括：

放置在旋转电机的旋转平台上的微芯片在所述旋转电机的驱动力作用下随着旋转电机旋转，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片分离微芯片中待测血液中的血细胞与血浆；并控制分离出的血浆与生化酶进行生化反应，生化反应的生成物在电解催化剂的作用下进行电解反应，产生电流；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元，包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；电极单元，设置在血浆池中，并与所述导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，用于通过所述导出电路输出电解反应产生的电流；

电极探针根据电解反应产生的电流产生电信号并输出；

信号处理显示设备根据电极探针输出的电信号，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

一种微芯片，包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，其中：

进样池，用于存储注入的待测血液；

检测单元包括：

血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；

血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；

电极单元，设置在血浆池中，并与其对应的导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，用于将电解反应产生的电流导入到导出电路中。

一种血液检测的系统，包括：

微芯片，放置在旋转电机的旋转平台上，用于在旋转电机的驱动力作用下，随着旋转电机旋转，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片分离待测血液中的血细胞与血浆；以及，控制定量的血浆与具有靶向性药品进行化学反应，生成具有特定颜色的生成物；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；反应检测池，与所述血浆池通过管阀相连接，用于承载具有靶向性的药品，以使得药品与通过管阀引流过来的定量血浆进行化学反应，生成特定颜色的生成物；

所述微芯片的正下方设置有第一光学透镜；所述微芯片与所述信号处理显示设备之间设置有第二光学透镜；

光源发出的平行光线通过所述第一光学透镜之后聚焦到所述微芯片中已完成化学反应的血浆中；穿过血浆的光线通过所述第二光学透镜之后平行射出；

信号处理显示设备，用于根据通过第二光学透镜平行射出的光线的光信号强度，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

一种采用上述系统进行血液检测的方法，包括：

放置在旋转电机的旋转平台上的微芯片在旋转电机的驱动力作用下随着旋转电机旋转，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片分离微芯片中待测血液中的血细胞与血浆；并控制定量的血浆与具有靶向性药品进行化学反应，生成具有特定颜色的生成物；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元，包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；电极单元，设置在血浆池中，并与所述导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，用于通过所述导出电路输出电解反应产生的电流；

光源发出的平行光线通过第一光学透镜之后聚焦到所述微芯片中已经完成化学反应的血浆中；穿过血浆的光线通过第二光学透镜之后平行射出；

信号处理显示设备根据通过第二光学透镜平行射出的光线的光信号强度，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

一种微芯片，包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，其中：

进样池，用于存储注入的待测血液；

检测单元包括：

血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；

血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；

反应检测池，与所述血浆池通过管阀相连接，用于承载具有靶向性的药品，以使得药品与通过管阀引流过来的血浆进行化学反应，生成特定颜色的生成物。

本发明实施例中，通过在微芯片中注入待测血液，通过旋转微芯片而产生的离心力作为流体驱动力，控制微芯片上不同功能扇区的微流体流动，从而将血液中的血细胞与血浆分离；通过电信号或光信号对分离出的较为纯净的血浆进行检测，确定出血浆中被测成份的浓度。采用本发明技术方案，由于将待测血液中的血细胞和血浆分离开来，因此，在对血浆进行检测时，降低了血细胞对血浆的干扰，提高了血液检测的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一中血液检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一中微芯片的整体结构示意图；

图3为本发明实施例一中微芯片的基底层的结构示意图；

图4为本发明实施例一中微芯片的一个电极单元的结构示意图；

图5为本发明实施例一中电极层沉淀在基底层的结构示意图；

图6为本发明实施例二中微芯片的封装层的结构示意图；

图7为本发明实施例二中显示设备读取电流的电路结构示意图；

图8A、图8B为本发明实施例二中血液检测系统的结构示意图；

图9为本发明实施例二中微芯片的结构示意图；

图10为本发明实施例二中微芯片的一个检测单元的结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术中血液检测准确性较低的问题，本发明实施例提供一种血液检测的方法以提高血液检测的准确性与有效性，该方法包括：将待测血液注入到具有一定结构的检测单元的微芯片中；旋转微芯片，并在微芯片旋转而产生的离心力作为流体驱动力的作用下，控制微芯片上不同功能扇区的待测血液的不同成份的流动，从而将血液中的血细胞与血浆分离，并通过微流阀来隔开用于承载血浆与血细胞的容器，以避免血细胞回流到血浆中，从而保持分离出的血浆的纯度；再通过电信号或光信号的方式对得到的较为纯净的血浆进行检测。本发明技术方案中，由于将血液中的血细胞与血浆分离开，从而使得在对血液进行分析时不存在血细胞的干扰，不管采用光信号还是电信号对血液进行检测的准确性都比较高，从而提高了血液检测的准确性。

本发明实施例中，为实现对血细胞和血浆的分离，在微芯片中设置有进样池、与该进样池相连通的至少一个具有特定结构的检测单元，其中：

进样池，用于承载注入的待测血液；

检测单元包括血浆池、血细胞池，若所述血液检测系统基于电信号检测血液则还包括电极单元，若所述血液检测系统基于光信号检测血液则还包括反应检测池，其中：

血浆池，与进样池相连接，用于承载待测血液中分离出的血浆。

血细胞池，与所述血浆池通过微流阀相连接，用于承载待测血液中分离出来的血细胞。

电极单元，设置在血浆池中，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，用于输出电解反应产生的电流。

反应检测池，与血浆池通过管阀相连接，用于承载具有靶向性的药品，以使得药品与通过管阀引流过来的定量血浆进行化学反应，生成特定颜色的生成物。

较佳地，本发明实施例中的进样池与血浆池可通过毛细管引力通道相连接。

较佳地，本发明实施例中的血细胞池与血浆池相连接的微流阀为3D微流阀（即三维微流阀）。

较佳地，本发明实施例中的反应检测池与血浆池相连接的管阀为虹吸管阀。

本发明实施例中，可以是在检测池中通过电信号对血浆池中的血浆进行检测，也可以是通过光信号对血浆池中的血浆进行检测，具体的检测方式可根据实际需要进行灵活的设置。

针对不同的血液检测方式，本发明实施例采用两个具体的实施例来对本发明技术方案进行详细、清楚的描述，实施例一采用电信号进行血液检测，实施例二采用光信号进行血液检测。

下面结合说明书附图对本发明技术方案进行详细的描述。

实施例一

参见图1，为本发明实施例一中血液检测系统的结构示意图，该系统包括微芯片1、旋转电机2、信号处理显示设备3、设置在微芯片1内部的导出电路5，其中：

微芯片1，放置在旋转电机2的旋转平台上，用于在旋转电机2的驱动力作用下，随着旋转电机2旋转，以对微芯片1中的待测血液进行血细胞与血浆的分离；以及，控制分离出的血浆与生化酶进行生化反应，生化反应的生成物在电解催化剂的作用下进行电解反应，产生电流。

电极探针4，通过导出电路5与微芯片1相连接，用于根据电解反应产生的电流产生电信号并输出；

信号处理显示设备3，与电极探针4相连接，用于根据电极探针4输出的电信号，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

较佳地，为实现在同一微芯片上同时进行多项血液的常规检测，微芯片1可设置有多个检测单元，该多个检测单元的结构可以相同可以不相同，本发明实施例中以具有多个相同结构的检测单元的微芯片为例进行说明，如图2所示，为本发明实施例中设置有多个结构相同的检测单元的微芯片的结构示意图，该微芯片1设置有12个扇区，每个扇区设置一个检测单元；图2中，多个检测单元与同一个进样池相连通，每个检测单元都包括血浆池13，与血浆池13通过微流阀相连接的血细胞池，设置在血浆池13中的电极单元。

参见图2，为本发明实施例一中微芯片的结构示意图，该微芯片1包括如图3所示的基底层12、如图5所示的电极层11和如图6所示的封装层10，其中：

基底层12包括12个扇区，每个扇区包括血浆池13、血细胞池14、毛细管引力通道15和3D微流阀16，其中，血浆池13与血细胞池14之间通过3D微流阀16相连接，血浆池13与进样池34通过毛细管引力通道15相连接。

电极层11包括12个如图4所示的电极单元，每个电极单元包括工作电极7、参考电极8以及相对电极9，其中，导出电路5包括第一导出电路51、第二导出电路52和第三导出电路53；工作电极7与该工作电极7对应的第一导出电路51相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂，以使生化反应的生成物在电解催化剂的作用下在工作电极表面进行电解反应；参考电极，与该参考电极8对应的第二导出电路52相连接，用于为工作电极7上的电解反应提供稳定的参考电势；相对电极9，与该相对电极9对应的第三导出电路53相连接，用于导出电解反应产生的电流，为保持参考电极8电势的稳定。

本发明实施例中，通过调节流经相对电极9的电流，以保持工作电极7上的电势相对于参考电极8的电势为一稳定值。

封装层10包括进样孔6，用于注入血样。

较佳地，相对电极9的面积比工作电极7和参考电极8的面积都大，以使电解反应产生的绝大部分电流导入到相对电极9中，以保证流入参考电极8的电流微乎其微，从而保证了参考电极8的电势的稳定性。

本发明实施例中，信号处理显示设备3用于读取导出电路5的电流的电路单元的电路结构如图7所示。

参见图7，为本发明实施例中信号处理显示设备中用于读取电流的电路单元的电路结构图，该电路单元包括分别与工作电极7、参考电极8和相对电极9对应的导出电路5相连接的电极探针4，运算放大器18，电源17，电阻19，其中：

运算放大器18的正极输入端与接地电源17相连接，通过运算放大器18调节流经相对电极9的电流；

运算放大器18的负极输入端与电极探针4中的第一探针相连接，该第一探针与参考电极8对应的第二导出电路52相连接；

运算放大器18的输出端通过电阻19与电极探针4的第二探针相连接，该第二探针与相对电极9对应的第三导出电路53相连接；

电极探针4的第三探针接地，该第三探针与工作电极7对应的第一导出电路51相连接。

采用如图1所示的血液检测系统对血液进行检测的原理可描述如下：

步骤1、取微量待测血液通过微芯片1的进样孔6注入到进样池34中；待血液流入到血浆池13中时，将微芯片1放置在旋转电机2的转台上，并在旋转电机2的带动下以一定的速度旋转，既可以顺时针旋转也可以是逆时针旋转；待测血液中密度较高的血细胞在微芯片1旋转所产生的离心力的作用下，聚集在微芯片1中离旋转中心较远的血细胞池14中，而待测血液中密度相对较低的血浆在离心力的作用下聚集在离旋转中心较近的血浆池13中；随着分离过程的持续，用于表征血细胞浓度突变的界面从血浆池13中沿着径向朝外移动，越过3D微流阀16之后落入到血细胞池14中，此时，旋转电机2停止旋转，分离过程结束，得到较为纯净的血浆。

本发明实施例中，在没有外力的作用下，3D微流阀16处于关闭状态，被分离到血细胞池14中的血细胞在自身静水压力的作用下无法越过3D微流阀16，因此，在停止旋转之后，血细胞停留在血细胞池14中，不会回流至血浆池13中，从而保证了血浆池13中血浆的纯度。

步骤2、可选的，控制旋转电机2以较低频率带动微芯片1低速旋转，以起到搅拌作用，促进血浆池13中的血浆与工作电极7上的生物酶进行充分反应，产生易电解的生成物。旋转电机2旋转的速率保证血浆池13中低速血浆与生化酶充分接触的同时还保证血浆受到的离心力小于3D微流阀16带来的阻力，以防止血浆流入到血细胞池14中。

该步骤中，为加强血浆与生物酶的充分反应，可控制旋转电机2以一定的频率带动微芯片1以正、反方向循环低速旋转。

步骤3、在血浆与生化酶充分反应之后，生成的生成物与工作电极7上的电解催化剂在一定的电势作用下，发生电解反应，产生电流。在电解反应的初始阶段，产生的电流以电容性电流为主，该电容性电流的大小与时间呈一定函数变换；随着电解反应的持续，一段时间之后（如1～2秒），电解反应产生的电流以法拉第电流为主。

步骤4、信号处理显示设备5的电极探针4的三个探针分别与微芯片1的工作电极7、参考电极8、相对电极9相对应的第一导出电路51、第二导出电路52和第三导出电路53接触，以读取生成物与电解催化剂进行电解反应所产生的电流；并通过运算放大器18来调节流经相对电极9的电流，以保持工作电极7上的电势相对于参考电极8的电势为一稳定值。

步骤5、信号处理显示设备3的微处理器根据电极探针4反馈的电流信号，并根据Cottrell方程，得到法拉第电流和血浆中被测成份的浓度的对应关系，并通过信号处理显示设备3的显示屏（如LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示屏））显示出被测成份的浓度值。

本发明实施例中的Cottrell方程如式（1）所示：

$i=\frac{\mathrm{nFA}{D}^{1/2}C}{{\mathrm{\π}}^{1/2}{t}^{1/2}}$                 式（1）

式（1）中，n为电子数，t是时间，F为法拉第常数，A为工作电极7的工作面积，D为被电解生成物的扩散系数，C是被测成份的初始浓度。

制作微芯片1的工艺流程，可包括以下步骤：

步骤1、使用微加工技术制造一正模，该正模包括以下微流体结构：血浆池13、血细胞池14、毛细管引力通道15和3D微流阀16等。

步骤2、采用真空热压缩机对正模和有机玻璃底片施加热压力，在作用一段时间后，冷却正模，并将正模与有机玻璃底片分离，得到的具有一定结构的检测单元的机玻璃底片即为本发明实施例一中的基底层12。

步骤3、在基底层12的血浆池13中电镀上对应的电极单元，该电极单元包括具有一定厚度（约50纳米）的工作电极7、参考电极8和相对电极9；并在需要进行血液检测时，在工作电极7上相继固定一层电解催化层和生物酶层。

步骤4、将设置有进样孔6的有机玻璃覆盖在基底层12上，并采用热压缩机对基底层12和所述有机玻璃进行热压粘合处理，形成半封闭式的微芯片1。

相应地，本发明实施例一还提供一种采用上述系统进行血液测量的方法，该方法包括：

放置在旋转电机的旋转平台上的微芯片在所述旋转电机的驱动力作用下随着旋转电机旋转，分离微芯片中待测血液中的血细胞与血浆；并控制分离出的血浆与生化酶进行生化反应，生化反应的生成物在电解催化剂的作用下进行电解反应，产生电流；

电极探针根据电解反应产生的电流产生电信号并输出；

信号处理显示设备根据电极探针输出的电信号，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

本发明实施例一还提供一种微芯片，该微芯片包括进样池、与该进样池相连通的至少一个检测单元，其中：

进样池，用于存储注入的待测血液；

检测单元包括：

血浆池，与所述进样池相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；

血细胞池，与所述血浆池通过微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；

电极单元，设置在血浆池中，并与其对应的导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，通过导出电路输出电解反应产生的电流。

较佳地，电极单元包括工作电极、参考电极和相对电极，其中：

工作电极，与该工作电极对应的第一导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂，以使生化反应的生成物在电解催化剂的作用下在工作电极表面进行电解反应；

参考电极，与该参考电极对应的第二导出电路相连接，用于为所述工作电极上的电解反应提供稳定的参考电势；

相对电极，与该相对电极对应的第三导出电路相连接，用于导出电解反应产生的电流，为参考电极提供稳定的电势。

较佳地，血浆池与进样池通过毛细管引力通道相连接；或/和，血细胞池与所述血浆池通过3D微流阀相连接。

实施例二

参见图8A，为本发明实施例二中血液检测系统的结构示意图，该系统包括旋转电机20、光源22、微芯片21、信号处理显示设备25、两片光学透镜24（两片光学透镜后续用第一光学透镜24和第二光学透镜24表示）和平面镜23，其中：

微芯片21，放置在旋转电机20的旋转平台上，用于在旋转电机20的驱动力作用下，随着旋转电机20旋转，以对微芯片21中的待测血液进行血细胞与血浆的分离；以及，控制分离出的血浆与具有靶向性药品进行化学反应，生成具有特定颜色的生成物。

微芯片21的正下方设置有第一光学透镜24；微芯片21与信号处理显示设备25之间设置有第二光学透镜24；

光源22（本发明实施例中光源可以是LED(Light-Emitting Diode，发光二极管），还可以是其他的发光源）发出的平行光线通过第一光学透镜24之后聚焦到所述微芯片中已经完成化学反应的血浆中；穿过血浆的光线通过第二光学透镜24之后平行射出；

信号处理显示设备25，用于对通过第二光学透镜24的平行光线的光信号强度进行分析，并根据光信号强度，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

可替代的，本发明实施例还提供如图8B所示的血液检测系统，该血液检测系统与图8A所示的血液检测系统相比，其区别点在于，直接将光源22放置在第一光学透镜24的正下方，不需要再通过平面镜23的反射来将光源22发射的光线输出给第一光学透镜24。

较佳地，为实现在同一微芯片上同时进行多项血液的常规检测，微芯片21可设置有多个检测单元，该多个检测单元的结构可以相同可以不相同，本发明实施例中以多个检测单元的结构相同为例，如图9所示，为本发明实施例中设置有多个相同结构的检测单元的微芯片的结构示意图，该微芯片分为8个扇区，每个扇区设置有一个检测单元。

参见图10，为本发明实施例二中微芯片中的一个检测单元的结构示意图，该检测单元与进样池27相连通，检测单元包括血浆池31、血细胞池26、反应检测池29，其中：进样池27与血浆池31之间通过微流阀相连接，血浆池31与血细胞池26之间通过微流阀相连接，反应检测池29与血浆池31通过管阀相连接。

较佳地，为避免血浆池31中的血浆回流到血细胞池26中，本发明实施例中的微流阀为3D微流阀30，在没有外力的作用下，3D微流阀30处于关闭状态，被分离到血细胞池26中的血细胞在自身静水压力的作用下无法越过3D微流阀30，因此，在停止旋转之后，血细胞停留在血细胞池26中，不会回流至血浆池31中，从而保证了血浆池31中血浆的纯度；优选地，进样池27与血浆池31之间连接的微流阀为3D微流阀30，由于血浆池31与血细胞池26之间连接的微流阀也为3D微流阀，从而可通过该两个3D微流阀30来实现为血浆池31定量量取血浆，当血浆池31中的血浆量多于设定的血浆量时，通过3D微流阀30将多余的血浆分流到进样池27中，以控制血浆池31中的血浆量为设定的量。

较佳地，反应检测池29与血浆池31之间连接的管阀采用虹吸管阀28，虹吸管阀28在微芯片21停止旋转后，在没有离心力的作用下被毛细管力所控制，将血浆池31中的血浆引流到反应检测池29中。

较佳地，为更好的控制流入反应检测池29的量，本发明实施例中反应检测池29通过微流阀32与虹吸管阀28相连接，该微流阀32也可以是3D微流阀，从而更好的控制注入反应检测池29中的血浆的量，从而很好的控制向反应检测池29中加入反应试剂和稀释液的量，继而更好的保证血浆与反应试剂充分的反应。

较佳地，每个检测单元包括多个反应检测池29，该多个反应检测池29通过3D微流阀30与血浆槽35相连通，该血浆槽35通过虹吸管阀28与血浆池31相连通。通过虹吸管阀28将血浆池31中的血浆引流到血浆槽35中，在对血液的检测时，将3D微流阀32打开，以将血浆槽35中的血浆流入到反应检测池29中，当流入定量的血浆之后，关闭3D微流阀32，从而对流入反应检测池29的血浆量进行了控制；对比多个反应检测池29的被测成份的浓度即可确定对血液测试的准确性，如，若对该多个反应检测池29测得的数据为线性拟合，则可确定对血液的测试结果较为准确。

较佳地，为平衡微芯片21内部的气压，以进一步促进血液中血浆与血细胞的顺利分离，本发明实施例中微芯片21还包括导气槽33，导气槽33与反应检测池29相连接。

采用如图9所示的微芯片21进行血液检测的原理如下：

步骤1、取微量待测血液通过微芯片21的进样孔注入到进样池27中；待血液流入到血浆池31中时，将微芯片21放置在旋转电机20的转台上，并在旋转电机20的带动下以一定的速度旋转；待测血液中密度较高的血细胞在微芯片21旋转所产生的离心力的作用下，聚集在微芯片21中离旋转中心较远的血细胞池26中，而待测血液中密度相对较低的血浆在离心力的作用下聚集在离旋转中心较近的血浆池31中；随着分离过程的持续，用于表征血细胞浓度突变的界面从血浆池31中沿着径向朝外移动，越过3D微流阀30之后落入到血细胞池26中，此时，旋转电机20停止旋转，分离过程结束，得到较为纯净的血浆。

步骤2、血浆池31中的血浆通过虹吸管阀28分流到多个反应检测池29中；血浆与反应检测池29中预先加入的试剂进行化学反应，产生与血浆中被测成分成比例的颜色变化。反应检测池29中的试剂为具有靶向作用的化学药品，用于与血浆中待测成份进行化学反应，沉声具有一定颜色的生成物。

步骤3、控制LED22发出的光线，并通过第一光学透镜24将LED22发送的平行光线聚焦在反应检测池29中，透过反应检测池29的光线穿过第二光学透镜24之后平行输出。

步骤4、信号处理显示设备25接收第二光学透镜24输出的平行光线，并根据Beer–Lambert law，确定出血浆中被测物质的浓度。

本发明实施例中，确定血浆中被测成份的浓度通过下式（2）确定：

$A=-\mathrm{lo}{g}_0\left(\frac{I}{I_0}\right)=-\mathrm{lo}{g}_0\left(e^{-\mathrm{\ϵlc}}\right)$            式（2）

式（2）中，A为液体对光的吸收强度，I为光穿透液体的强度，I₀为入射光的强度，ε为以摩尔吸收率为单位的吸光系数，l为光穿透血浆的光程，C是被测物质的浓度。

制作微芯片21的工艺流程，可包括以下步骤：

步骤1、使用微加工技术制造一正模，该正模包括以下结构：血浆池31、血细胞池26、反应检测池29、导气槽33、3D微流阀30和虹吸管阀28以及用于连通上述各结构的微管道等。

步骤2、采用真空热压缩机对正模和有机玻璃底片施加热压力，在作用一段时间后，冷却正模，并将正模与有机玻璃底片分离，得到的具有一定结构的有机玻璃底片。

步骤3、将设置有进样孔的有机玻璃覆盖在上述有机玻璃底片上，并通过热压缩机的作用下，对上述两块有机玻璃进行热压粘合处理，形成半封闭式的微芯片21。

本发明实施例二还提供一种采用上述系统进行血液测量的方法，包括：

放置在旋转电机的旋转平台上的微芯片在旋转电机的驱动力作用下随着旋转电机旋转，分离微芯片中待测血液中的血细胞与血浆；并控制定量的血浆与具有靶向性药品进行化学反应，生成具有特定颜色的生成物；

光源发出的平行光线通过第一光学透镜之后聚焦到所述微芯片中已经完成化学反应的血浆中；穿过血浆的光线通过第二光学透镜之后平行射出；

信号处理显示设备根据通过第二光学透镜平行射出的光线的光信号强度，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

本发明实施例二还提供一种微芯片，包括进样池、与该进样池相连通的至少一个检测单元，其中：

进样池，用于存储注入的待测血液；

检测单元包括：

血浆池，与所述进样池相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；

血细胞池，与所述血浆池通过微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；

反应检测池，与所述血浆池通过管阀相连接，用于承载具有靶向性的药品，以使得药品与通过管阀引流过来的血浆进行化学反应，生成特定颜色的生成物。

较佳地，检测单元包括多个反应检测池；该多个反应检测池通过3D微流阀与血浆槽相连通，该血浆槽通过虹吸管阀与血浆池相连通。

较佳地，血浆池与进样池通过3D微流阀相连接。

本发明实施例中，将设置有一定结构的微芯片放置在旋转电机上，并通过旋转电机带动微芯片旋转，微芯片中的待测血液在微芯片旋转而产生的离心力作为流体驱动力的作用下分离出血细胞与血浆；再通过电信号或光信号对分离出的血浆进行检测，确定出血浆中被测成份的浓度。采用本发明技术方案，一方面，通过离心力将血液中的血浆和血细胞分离之后，由于通过3D微流阀来截断血浆池与血细胞池之间的微流体通道，以避免血细胞回流到血浆池中，从而保持了血浆的纯度，因此，在后续对血浆的检测中没有血细胞的干扰，提高了血液检测的准确性；另一方面，每个微芯片可以集成血液常规的多项检测，也可以集成针对某一疾病的多项生化检测，采用少量的血液（约1ml）即可完成多项生化检测，不仅减少了血液样本的用量而且还提高了对血液进行多项检测的效率，缩短检测时延，另外还可防止血液样本的交叉污染，从而进一步提高了血液检测的准确性；再一方面，在一个检测单元中包括多个反应检测池，每个反应检测池与血浆池通过两个3D微流阀连接，所以可以很好的控制流入反应检测池中的血浆量，实现了血浆分离和量取一次完成，简化了微流体结构的设计，提高了运行的稳定性，并且，通过对多个反应检测池中的血浆进行检测，以更好的确定对血液的测试结结果是否准确；另外，血浆池与进样池通过3D微流阀相连接，血浆池与血细胞池通过3D微流阀相连接，因此，可通过该两个3D微流阀实现在血浆池中定量量取设定的量，精确的控制血浆池中的血浆量；再一方面，血液检测系统旋转产生的离心力作为通用的驱动力对微芯片中不同功能区的流体进行驱动，从而无需额外的增加微泵来对为新片中的流体进行驱动，从而简化了血液检测系统的结构，降低成本；再一方面，通过高精度的光机电一体化，使得血液检测系统的尺寸相当于光盘刻录机大小，小巧便携。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1.一种血液检测系统，其特征在于，包括：

微芯片，放置在旋转电机的旋转平台上，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片用于在旋转电机的驱动力作用下，随着旋转电机旋转，分离待测血液中的血细胞与血浆；以及，控制分离出的血浆与生化酶进行生化反应，生化反应的生成物在电解催化剂的作用下进行电解反应，产生电流；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元，包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；电极单元，设置在血浆池中，并与所述导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，用于通过所述导出电路输出电解反应产生的电流；

电极探针，通过导出电路与所述微芯片相连接，用于根据电解反应产生的电流产生电信号并输出；

信号处理显示设备，与所述电极探针相连接，用于根据电极探针输出的电信号，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电极单元包括工作电极、参考电极和相对电极，其中：

工作电极，与该工作电极对应的第一导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂，以使生化反应的生成物在电解催化剂的作用下在工作电极表面进行电解反应；

参考电极，与该参考电极对应的第二导出电路相连接，用于为所述工作电极上的电解反应提供稳定的参考电势；

相对电极，与该相对电极对应的第三导出电路相连接，用于导出电解反应产生的电流；

通过调节流经所述相对电极的电流，以保持所述工作电极上的电势相对于所述参考电极的电势为一稳定值。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述工作电极的导电部分的面积和参考电极的导电部分的面积，均小于所述相对电极的导电部分的面积。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号处理显示设备包括电流读取单元和微处理器，其中：

电流读取单元，与所述电极探针相连接，用于将电极探针输出的电流转换成电信号并输出；

微处理器，与所述电流读取单元相连接，用于根据所述电流读取单元输出的电信号，计算分离出的血浆中被测成份的浓度。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电流读取单元包括运算放大器、接地电源、电阻，其中：

运算放大器的正极输入端与所述接地电源相连接；

运算放大器的负极输入端与所述电极探针的第一探针相连接，所述第一探针与所述第二导出电路相连接；

运算放大器的输出端通过所述电阻与所述电极探针的第二探针相连接，所述第二探针与所述第三导出电路相连接。

6.如权利要求2～5任一项所述的系统，其特征在于，所述微芯片包括多个扇区，每个扇区设置有所述检测单元。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述血浆池与所述进样池通过毛细管引力通道相连接；或/和，

所述血细胞池与所述血浆池通过三维微流阀相连接。

8.一种采用如权利要求1所述的系统进行血液测量的方法，其特征在于，包括：

放置在旋转电机的旋转平台上的微芯片在所述旋转电机的驱动力作用下随着旋转电机旋转，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片分离微芯片中待测血液中的血细胞与血浆；并控制分离出的血浆与预先装置的生化酶进行生化反应，生化反应的生成物在电解催化剂的作用下进行电解反应，产生电流；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元，包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；电极单元，设置在血浆池中，并与所述导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，用于通过所述导出电路输出电解反应产生的电流；

电极探针根据电解反应产生的电流产生电信号并输出；

信号处理显示设备根据电极探针输出的电信号，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

9.一种微芯片，其特征在于，包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，其中：

进样池，用于存储注入的待测血液；

检测单元包括：

血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；

血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；

电极单元，设置在血浆池中，并与其对应的导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；以及，通过所述导出电路输出电解反应产生的电流。

10.如权利要求9所述的微芯片，其特征在于，所述电极单元包括工作电极、参考电极和相对电极，其中：

工作电极，与该工作电极对应的第一导出电路相连接，用于沉淀生化酶和电解催化剂；

参考电极，与该参考电极对应的第二导出电路相连接，用于为所述工作电极上的电解反应提供稳定的参考电势；

相对电极，与该相对电极对应的第三导出电路相连接，用于导出电解反应产生的电流；

通过电路系统调节流经所述相对电极的电流，以保持所述工作电极上的电势相对于所述参考电极的电势为一稳定值。

11.如权利要求9或10所述的微芯片，其特征在于，所述血浆池与所述进样池通过毛细管引力通道相连接；或/和，

所述血细胞池与所述血浆池通过三维微流阀相连接。

12.一种血液检测系统，其特征在于，包括：

微芯片，放置在旋转电机的旋转平台上，用于在旋转电机的驱动力作用下，随着旋转电机旋转，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片分离待测血液中的血细胞与血浆；并控制定量的血浆与具有靶向性药品进行化学反应，生成具有特定颜色的生成物；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；反应检测池，与所述血浆池通过管阀相连接，用于承载具有靶向性的药品，以使得药品与通过管阀引流过来的定量血浆进行化学反应，生成特定颜色的生成物；

所述微芯片的正下方设置有第一光学透镜；所述微芯片与所述信号处理显示设备之间设置有第二光学透镜；

光源发出的平行光线通过所述第一光学透镜之后聚焦到所述微芯片中已完成化学反应的血浆中；穿过血浆的光线通过所述第二光学透镜之后平行射出；

信号处理显示设备，用于根据通过第二光学透镜平行射出的光线的光信号强度，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述检测单元包括多个所述反应检测池；所述多个反应检测池通过三维微流阀与血浆槽相连通，所述血浆槽通过虹吸管阀与所述血浆池相连通。

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述血浆池与所述进样池通过三维微流阀相连接。

15.如权利要求12～14任一项所述的系统，其特征在于，所述检测单元还包括：

导气槽，与所述反应检测池相连接，用于平衡微芯片内部的气压。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述微芯片包括多个扇区，每个扇区设置有所述检测单元。

17.一种采用如权利要求12所述的系统进行血液测量的方法，其特征在于，包括：

放置在旋转电机的旋转平台上的微芯片在旋转电机的驱动力作用下随着旋转电机旋转，所述微芯片包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，所述微芯片分离微芯片中待测血液中的血细胞与血浆；并控制定量的血浆与具有靶向性药品进行化学反应，生成具有特定颜色的生成物；

其中，进样池，用于存储注入的待测血液；检测单元包括：血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；反应检测池，与所述血浆池通过管阀相连接，用于承载具有靶向性的药品，以使得药品与通过管阀引流过来的定量血浆进行化学反应，生成特定颜色的生成物；

光源发出的平行光线通过第一光学透镜之后聚焦到所述微芯片中已经完成化学反应的血浆中；穿过血浆的光线通过第二光学透镜之后平行射出；

信号处理显示设备根据通过第二光学透镜平行射出的光线的光信号强度，对分离出的血浆的被测成份进行检测。

18.一种微芯片，其特征在于，包括进样池、与所述进样池相连通的至少一个检测单元，其中：

进样池，用于存储注入的待测血液；

检测单元包括：

血浆池，与所述进样池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血浆；

血细胞池，与所述血浆池通过3D微流阀相连接，用于存储从待测血液中分离出的血细胞；

反应检测池，与所述血浆池通过管阀相连接，用于承载具有靶向性的药品，以使得药品与通过管阀引流过来的血浆进行化学反应，生成特定颜色的生成物。

19.如权利要求18所述的微芯片，其特征在于，所述检测单元包括多个所述反应检测池；所述多个反应检测池通过三维微流阀与血浆槽相连通，所述血浆槽通过虹吸管阀与所述血浆池相连通。

20.如权利要求18所述的微芯片，其特征在于，所述血浆池与所述血细胞池通过三维微流阀相连接，以及，所述血浆池与所述进样池通过三维微流阀相连接。

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